Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

Was ist Titan?

1. Definition und grundlegende Eigenschaften von Titan

Titan ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 22 und dem chemischen Symbol Ti. Es ist ein Übergangsmetall mit relativ geringer Dichte und guter Festigkeit. Titanmetall kommt in der Natur in Form von Mineralien wie Ilmenit und Rutil vor. Es ist das neunthäufigste Element in der Erdkruste und kommt typischerweise in Form von Oxiden vor.

Titanmetall verfügt über zahlreiche hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften, was es für viele Anwendungen zur idealen Wahl macht. Erstens hat Titanmetall eine geringe Dichte, etwa 4,5 Gramm pro Kubikzentimeter, und ist damit leichter als viele andere Metalle wie Stahl und Nickel. Dadurch wird Titanmetall häufig in Bereichen eingesetzt, in denen Leichtbau erforderlich ist, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. Die Geschichte und Entdeckung des Titanmetalls

Titanmetall wurde erstmals im späten 18. Jahrhundert entdeckt. Im Jahr 1801 entdeckte der britische Chemiker Gregor das Element Titan in einem Mineral namens Ilmenit. Anschließend begannen andere Chemiker, Titanmetall zu untersuchen und entdeckten es in verschiedenen Erzen.

Im Jahr 1840 gelang es dem deutschen Chemiker Martin Heinrich Klapoulos erstmals, Titanmetall zu gewinnen und dem Metall einen Namen zu geben “Titan” um dem Riesen Titan in der griechischen Mythologie Tribut zu zollen. Allerdings dauerte es bis in die 1940er Jahre, bis Titanmetall in großem Umfang in der Industrie eingesetzt wurde. Mit der Entwicklung der metallurgischen Technologie und der Kostensenkung wurde Titanmetall nach und nach zu einem wichtigen Material für verschiedene Anwendungen.

3. Eigenschaften von Titan

Im Allgemeinen weist Titanmetall die folgenden Haupteigenschaften auf:

3.1 Gute Korrosionsbeständigkeit: Titanmetall kann der Korrosion durch viele Chemikalien, einschließlich Meerwasser und saure Lösungen, widerstehen. Dies macht es zur idealen Wahl für die Schiffstechnik und die chemische Industrie.

3.2 Biokompatibilität: Titanmetall weist eine gute Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe auf und wird daher häufig bei der Herstellung künstlicher Gelenke und Zahnimplantate verwendet.

3.3 Gute Hochtemperatureigenschaften: Titan hat einen hohen Schmelzpunkt, etwa 1.668 Grad Celsius (3.034 Grad Fahrenheit). Titanmetall behält auch bei hohen Temperaturen gute mechanische Eigenschaften und Stabilität bei, was es in Hochtemperaturumgebungen wie Flugzeugtriebwerken und Gasturbinen wichtig macht.

3.4 Hohe Festigkeit und geringe Dichte: Trotz seiner geringen Dichte weist Titanmetall eine hohe Festigkeit und einen hervorragenden Festigkeits- und Dichtevergleich auf. Dies macht Titan zu einem idealen Material für die Herstellung von Luft- und Raumfahrtgeräten, Automobilteilen und anderen Produkten, die ein geringes Gewicht erfordern.

3.5 Hervorragende Wärmeleitfähigkeit: Titanmetall verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit, was ihm einen Vorteil bei der Herstellung von Hochleistungsheizkörpern, Kühlern und anderen Produkten verschafft.

Produktion und Verarbeitung von Titanmetall

1. Methoden zur Gewinnung und Aufbereitung von Titanmetall

Extraktionsmethode: Die Gewinnung von Titanmetall erfolgt hauptsächlich nach zwei Methoden, nämlich der Claus-Methode und der Chlorierungsmethode. Die Claus-Methode ist die am häufigsten verwendete Methode, um durch Reduktion von Titanoxiderz Titanmetall mit höherer Reinheit zu erhalten. Die Chlorierungsregel besteht darin, Titanoxid mit Chlorgas zu reagieren, um Titanchlorid zu erzeugen, und dann durch eine Reduktionsreaktion Titanmetall zu erhalten.

Reinigungsprozess: Nach der Gewinnung von Titanmetall sind eine Reihe von Reinigungsprozessen erforderlich, um dessen Reinheit und Leistung zu verbessern. Zu diesen Prozessen gehören Vakuumschmelzen, Gasphasenoxidverfahren und Plasmaverfahren.

2. Verarbeitungstechnik: Schmieden, Walzen und Umformen

Schmieden: Titanmetall kann zur Verbesserung seiner mechanischen und strukturellen Eigenschaften heiß oder kalt geschmiedet werden. Warmschmieden eignet sich für Teile mit großen Verformungen und komplexen Formen, während Kaltschmieden für die Bearbeitung von Kleinteilen und Präzisionsteilen geeignet ist.

Rollen: Titanmetall kann auch durch Warmwalzen und Kaltwalzen hergestellt werden, um Produkte wie Platten, Bänder und Rohre herzustellen. Durch Warmwalzen können Produkte mit größerer Größe und Dicke erhalten werden, während durch Kaltwalzen eine höhere Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit erzielt werden kann.

Formen: Titanmetall kann auch zur Herstellung von Teilen und Produkten verschiedener Formen durch Verfahren wie Druckguss, Spritzguss und 3D-Druck verwendet werden. Diese Formverfahren eignen sich zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und Strukturen.

Unterschied zwischen reinem Titan und Titanlegierungen

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

Es handelt sich um eine Legierung auf Basis von Titan, der weitere Elemente hinzugefügt werden. Es handelt sich um ein relativ junges Metall, dessen Geschichte seit seiner Entdeckung erst sechzig oder siebzig Jahre zurückliegt. Titanlegierungsmaterialien zeichnen sich durch geringes Gewicht, hohe Festigkeit, geringe Elastizität, hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden hauptsächlich in Luft- und Raumfahrtmotoren, Raketen, Flugkörpern und anderen Komponenten eingesetzt. Titan hat zwei isomorphe Kristalle. Titan ist ein Isomer mit einem Schmelzpunkt von 1720 °C. Bei Temperaturen unter 882 °C weist es eine dicht gepackte hexagonale Kristallgitterstruktur auf, die als Alpha-Titan bezeichnet wird. oberhalb von 882 °C hat es eine körperzentrierte Struktur. Die kubische Gitterstruktur, Beta-Titan genannt, nutzt die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden oben genannten Titanstrukturen, fügt geeignete Legierungselemente hinzu und ändert schrittweise ihre Phasenumwandlungstemperatur und ihren Phasengehalt, um Titanlegierungen mit unterschiedlichen Strukturen zu erhalten.

Titansorten

1. Klasse

Es ist die erste von vier Sorten industriell reinen Titans. Es ist die weichste und formbarste dieser Sorten. Es bietet maximale Formbarkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit und hohe Schlagzähigkeit. Klasse 1 ist das Material der Wahl für alle Anwendungen, die eine einfache Formbarkeit erfordern, und wird häufig als verwendet Titanplatte Und Titanrohr.

Note 2

Aufgrund seiner vielfältigen Verfügbarkeit und breiten Verfügbarkeit gilt Titan der Güteklasse 2 als „Arbeitspferd“ der kommerziellen Reintitanindustrie. Es hat viele der gleichen Eigenschaften wie Titan der Güteklasse 1, ist jedoch etwas stärker. Beide sind gleichermaßen korrosionsbeständig. Diese Sorte bietet gute Schweißbarkeit, Festigkeit, Duktilität und Formbarkeit. Dies macht Titanstäbe und -platten der Güteklasse 2 zur ersten Wahl für viele Anwendungen wie das Baugewerbe, die Energieerzeugung und die medizinische Industrie.

3. Klasse

Diese Sorte wird von den kommerziell reinen Titansorten am wenigsten verwendet, was sie jedoch nicht weniger wertvoll macht. Grad 3 ist fester als Grad 1 und 2, hat eine ähnliche Duktilität und ist nur geringfügig weniger formbar – aber es verfügt über eine höhere Mechanik als seine Vorgänger. Klasse 3 wird in Anwendungen verwendet, die mäßige Festigkeit und primäre Korrosionsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Luft- und Raumfahrt, chemische Verarbeitung, Schifffahrtsindustrie usw.

Klasse 4

Es gilt als die stärkste der vier Arten von kommerziell reinem Titan. Es ist außerdem für seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Formbarkeit und Schweißbarkeit bekannt. Wird in einigen Rumpfkomponenten, Kryobehältern, Wärmetauschern und anderen Anwendungen verwendet, die eine hohe Auflösung erfordern.

Klasse 7

Mechanisch und physikalisch identisch mit Grad 2, außer dass das interstitielle Element Palladium hinzugefügt wurde, um es zu einer Legierung zu machen. Grad 7 bietet eine hervorragende Schweiß- und Bearbeitbarkeit und ist die korrosionsbeständigste aller Titanlegierungen. Daher wird es hauptsächlich als Komponente in chemischen Prozessen und Produktionsanlagen verwendet.

Klasse 11

Sehr ähnlich zu Grad 1, außer dass eine kleine Menge Palladium hinzugefügt wird, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, wodurch es zu einer Legierung wird. Diese Korrosionsbeständigkeit kann genutzt werden, um Spaltkorrosion zu verhindern und Säuren in Chloridumgebungen zu reduzieren. Weitere nützliche Eigenschaften sind optimale Duktilität, Kaltformbarkeit, Nutzfestigkeit, Schlagzähigkeit und hervorragende Schweißbarkeit. Diese Legierung kann in denselben Titananwendungen wie Grad 1 verwendet werden, insbesondere dort, wo Korrosion erforderlich ist.

Klasse 5

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

Klasse 23

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

12. Klasse

Es handelt sich um eine äußerst haltbare Legierung, die bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit bietet. Titan der Güteklasse 12 hat ähnliche Eigenschaften wie Edelstahl der Serie 300. Die Legierung kann durch Pressformen, Hydroformen, Streckformen oder das Fallgewichtsverfahren warm oder kalt geformt werden. Seine Fähigkeit, sich auf vielfältige Weise zu formen, macht es für viele Anwendungen nützlich. Die hohe Korrosionsbeständigkeit der Legierung macht sie auch für Fertigungsanlagen von unschätzbarem Wert, bei denen Spaltkorrosion ein Problem darstellt.

Klasse 9

Es besteht aus reinem Titan mit etwa 3 % Aluminium und etwa 2,5 % Vanadium. Diese Legierung weist im Allgemeinen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Schweißeigenschaften auf. Die Titanlegierung Gr9 wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau, in der chemischen Ausrüstung und in anderen Bereichen eingesetzt, insbesondere dort, wo Hochleistungsmaterialien in Umgebungen mit hohen Temperaturen und Korrosion erforderlich sind. Die Eigenschaften der Titanlegierung Gr9 machen sie zu einem idealen Strukturmaterial, das zur Herstellung einer Vielzahl von Teilen und Komponenten verwendet werden kann.

Anwendungsmärkte von Titan

1. Luft- und Raumfahrt

Titanmetall wird häufig bei der Herstellung von Flugzeugstrukturen und Triebwerksteilen wie Flugzeugrümpfen, Triebwerksblättern usw. verwendet.
Seine leichten und hochfesten Eigenschaften ermöglichen es Flugzeugen, das Gewicht zu reduzieren, die Treibstoffeffizienz zu verbessern und die Haltbarkeit und Sicherheit des Flugzeugs zu erhöhen.

2. Medizinisch

Titanmetall wird zur Herstellung von medizinischen Geräten wie Knochenimplantaten, künstlichen Gelenken und Zahnrestaurationsgeräten verwendet.
Seine Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit machen Titan zu einem der idealsten Materialien im medizinischen Bereich.

3. Autoindustrie

Im Automobilbau wird Titan zur Herstellung von Leichtbaukomponenten wie Abgasanlagen, Fahrwerkskomponenten und Karosseriestrukturen verwendet.
Leichtbau kann die Kraftstoffeffizienz, Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs verbessern.

4. Meerestechnik

Die Anwendung von Titanmetall in der Meerestechnik umfasst Entsalzung, Meereserkundung und U-Boot-Pipelines.
Seine Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion machen Titan zu einem idealen Material für Meeresumgebungen.

5. Herstellung von Sportartikeln

Titan wird zur Herstellung hochwertiger Sportartikel wie Golfschläger, Fahrradrahmen und Tennisschläger verwendet.
Seine hohe Festigkeit, sein geringes Gewicht und seine Korrosionsbeständigkeit verleihen Titanprodukten eine hervorragende Leistung und Haltbarkeit.

6. Industrie

Titanmetall wird in der Industrie zur Herstellung chemischer Geräte, Ölbohrwerkzeuge und Kraftübertragungsgeräte verwendet.
Aufgrund seiner Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit ist Titanmetall vielversprechend für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen.

Einige interessante Fakten über Titan

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.